蓝牙技术的问题、前景与中国频谱管理策略的考

1 引言
涉及无线连线及无线个人接入蓝牙技术的基本思想在上世纪80年代中期已萌发，但由于当时标准、技术及市场前景等诸多问题不明朗，未成气候；近些年来，由于移动通信及Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的迅速发展，给蓝牙技术带来了新的商机与市场前景，从而激活了蓝牙技术的真正诞生。这首先应当归功于Ｅｒｉｃｓｓｏｎ的工程师面对有线连线“剪不断，理还乱”的困扰，1994年推出了解决无线连线问题的技术开发计划，从而产生了推进无线连线与个人接入的实在想法。1997年Ｅｒｉｃｓｓｏｎ邀请ＩＢＭ、Ｉｎｔｅｌ、ＮＯＫＩＡ及ＴＯＳＨＩＢＡ这5个世界著名的无线设备及计算机、半导体设备制造公司商议建立一种全球化的无线通信个人接入与无线连线新手段，后定名为“蓝牙”（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ），并于1998年5月正式发起成立了“蓝牙特别兴趣组织”ＢＳＩＧ（Ｂｌｕｅｔｅｏｏｔｈ Ｓｐｅｃｉａｌ Ｉｎｔｅｒｅｓｔ Ｇｒｏｕｐ），简称蓝牙ＳＩＧ（亦有人称此为“国际蓝牙组织”、“蓝牙技术同盟”，甚至称之为“蓝牙特殊利益集团”）。进而于1999年11月美国4家著名公司Ｍｏｔｏｒｏｌａ、Ｌｕｃｅｎｔ、Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ及3Ｃｏｍ加盟于上述5公司，成为ＢＳＩＧ的9个发起成员，使蓝牙技术的发展获得了更强有力的支持，并显示出更明朗的前景。现在，ＢＳＩＧ的参加成员已达2491个，已论证通过的蓝牙产品亦达250个左右，其发展势头令人触目。由于其普及应用与普遍服务能力，蓝牙技术不仅局限于信息通信世界，甚至超越了3Ｃ（计算机、通信与消费）产业界，可遍及房地产等多种产业领域。从而，蓝牙这一名词几乎遍布全球每一角落、家喻户晓，大家均认为可能是一个值得投入、并可能获得未来丰厚回报的新技术领域。也许这就是未来蓝牙技术发展的重要市场基础。
“Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ”此词据称源于欧洲中世纪（Ａ．Ｄ．900）丹麦国王哈拉德二世（Ｋｉｎｇ Ｈａｒａｌｄ Ｂｌａｔａｎｄ）的绰号“Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ”，他面对当时处于四分五裂的丹麦、瑞典、挪威、芬兰等北欧地区，建立了统一强大的丹麦王国，并将基督教引入了北欧地区，从而确立了为后人缅怀、颂扬的不朽功勋。由此，瑞典Ｅｒｉｃｓｓｏｎ公司领头用其来命名此重要的一种无线通信与连线新技术，也期望建立一种开放性的、全球统一标准，一统“无线世界”天下，将这种新技术进行最广泛普及的、全球性各行各业的普遍连接应用。
在中国，亦往往称“蓝牙”为“蓝芽”，一是避免“蓝牙”这词在中文含义上的费解，二是表示以蓝色为象征的信息领域中一种重要的新技术的萌芽。但从“统一全球标准”之本意及与国际ＢＳＩＧ连接看，“蓝牙”（Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ）依然更为明确，从而运用“蓝牙”这一词者亦似乎为数更多些。两者在中国可视为同一含义。
近代，通用无线接入作为先进手段实施接入网的全部或部分功能，它已成为有线接入的有效支持、补充与延伸，是快速、灵活装备与实现普遍服务的重要途径。无线接入目前虽然大部分为窄带，但中宽带与宽带（Ｗｉｄｅｂａｎｄ ａｎｄ Ｂｒｏａｄｂａｎｄ）无线接入，包括2.5Ｇ／3Ｇ移动接入、不对称ＩＰ接入及卫星接入已成为可能，而蓝牙技术可视为一种最接近用户的短距离、微功率、微微小区（Ｐｉｃｏ－ｃｅｌｌ）型无线接入手段，在构筑新世纪全球个人通信网络及无线连接世界方面将发挥其独特重要的作用。很明显，由于通用无线接入可综合包括宏大区、大区、小区、微小区、微微小区、移动、半移动（包括Ｎｏｍａｄｉｃ游牧式）、可搬移（Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｂｌｅ）及固定等多种接入覆盖模式，可有效覆盖三维物理空间的任何一角落及有效地在任何时候连接至任何个人用户，它对未来全球个人通信的实际连接覆盖的普遍化与重要性显而易见，而且无线接入与Ｉｎｔｅｒｎｅｔ联合运作的，所谓无线Ｉｎｔｅｒｎｅｔ／移动ＩＰ，以及更进一步以全球移动通信演进发展沿1Ｇ→2Ｇ→2Ｇ＋（2.5Ｇ、2.75Ｇ）→3Ｇ→3Ｇ＋→4Ｇ这一发展脉络中，将及时大量嵌入Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ之类新手段，进入所谓嵌入式（Ｅｍｂｅｄｄｅｄ）世界，实现以Ｐｉｃｏ－ｃｅｌｌ小区个人接入为中心展开的无线个人局域网络（ＷＰＡＮ）时代，这将成为未来全球个人通信世界中的最重要环节之一。因此，Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ技术的战略含义将不言而喻。
2 蓝牙系统基本参数及指标要求
工作频段 ＩＳＭ频段2.402～2.480 ＧＨｚ
双工方式 ＴＤＤ
业务类别 同时支持电路交换及分组交换业务
数据标称速率 1 Ｍｂｉｔ／ｓ
异步信道速率 非对称连接721／57.6ｋｂｉｔ／ｓ
对称连接432.6ｋｂｉｔ／ｓ(全双工模式)
同步信道速率 64ｋｂｉｔ／ｓ(3个全双工信道)
信道间隔 1ＭＨｚ
信道数 79
发射功率 美国ＦＣＣ要求＜0ｄＢｍ(1ｍＷ) 一些其他国家可扩展至20ｄＢｍ(100 ｍＷ)
跳频频点数 79个频点／ＭＨｚ[2402＋ｋ(ＭＨｚ)， ｋ＝0，1，2……78]
跳频速率 1600次／ｓ
工作模式 Ａｃｔｉｖｅ／Ｓｎｉｆｆ／Ｈｏｌｄ／Ｐａｒｋ
数据连接方式 面向连接业务ＳＣＯ、无连接业务ＡＣＬ
纠错方式 1／3ＦＥＣ、2／3ＦＥＣ、ＡＲＱ
鉴权 反应逻辑算术方式
密钥 以8ｂｉｔｓ为单位增减，最长 128ｂｉｔｓ
话音编码方式 ＣＶＳＤ
发射距离 一般10ｃｍ～10ｍ，增加功率情况下可达100ｍ
网络拓扑结构 Ａｄｈｏｃ结构、Ｐｉｃｏｎｅｔ及Ｓｃａｔｔｅｒｎｅｔ
3 蓝牙技术存在的问题与应用前景
3.1 存在问题
(1)2.4ＧＨｚＩＳＭ频段使用的电磁兼容与频率共用问题
由于2.4ＧＨｚ ＩＳＭ频段对所有工、科、医无线电设备全部开放，亦有不少其他短距离(微功率)无执照运行无线电设备，甚至像中国的情况还有相应已发放台站执照的ＳＳ(包括一些相关的ＷＬＡＮ)设备在同时工作。由此，微波炉(2.45ＧＨｚ,数千瓦至数百千瓦高功率运行)、家电、无绳电话、ＳＳ及ＷＬＡＮ系统和其他处于该频段的ＩＳＭ及无执照短距离运行的无线电设备均可能是其干扰源，需要小心处理其共存问题。即使来用高速自适应跳频技术，亦必须检验其实际共存的可靠性与可行性，以及管理规则的协调配合问题，为蓝牙的商用创造出尽可能现实可行的共存环境。为此积极参与ＩＥＥＥ802.15的共存问题的研究及取得实际有效的进展非常重要。
(2)互操作与兼容性问题
如上所述，由于蓝牙软件结构受限于广泛普及运用需要的约束，带来对蓝牙互操作能力与兼容性的负面影响，要特别小心其实际兼容性与互操作能力的检验与改进。
(3)保密安全问题
尽管蓝牙系统的保密安全机制已制定得较为严格，除跳频技术提供了一定安全保障外，还有用户个人标识、链路密钥论证和保密密钥加密之三重处理，但鉴于蓝牙系统的移动性、普遍性与无执照全面开放性，使得其安全保密问题显得尤为敏感与重要，而且很大程度上还决定于应用目标范畴。保密安全问题依然是其需要倍加小心考虑与处理的重要问题。
(4)与其它相关技术的竞争问题
重要的竞争对手如上所述，主要是与红外线接入、ＩＥＥＥ802.11系列及Ｈｏｍｅ ＲＦ系列技术速率、价位现实性与共存可靠性及可用性方面的竞争。蓝牙依然应加速努力，积极保持与发扬目前已持有的综合主导优势。
(5)价格、可靠性等综合吸引力问题
蓝牙要想取得大面积普及，必须有效地解决其芯片价格与实际运行可靠性问题。曾热心支持蓝牙技术发展的9位ＢＳＩＧ发起者之一的Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ公司，于2001年4月4日正式宣布放弃在新一代视窗Ｗｉｎｄｏｗｓ ＸＰ中引入蓝牙技术；固然，暂时放弃不等于永远不做，但这也多少反映出对目前水平的蓝牙产品的可靠性、兼容性及性能价格方面的不放心程度。
3.2 应用前景
如上所述，蓝牙技术的终极目标就是要建立一种全球统一的无线连接(连线与接入)标准，使不同厂家生产的各种移动、便携设备和固定终端